高压脉冲电场杀菌课件

高压脉冲电场杀菌2023/1/171主要内容概况高压脉冲电场的处理系统高压脉冲电场杀菌机理影响高压脉冲电场杀菌效果的因素在食品中的应用研究2023/1/172概况英国学者就发现25kV/cm直流脉冲能有效致死营养细菌和酵母菌。

20世纪80年代以来

20世纪90年代中后期美国、日本等发达国家研究比较活跃，并制造了成套的技术设备。我国开始进行这方面的研究。

高压脉冲电场(pulsedelectricfield，PEF)是一种非热处理技术，具有处理时间短，温升小，能耗低和杀菌效果明显等特点，成为近几年来国内外研究的热点之一。早在1967年2023/1/173高压脉冲电场的处理系统指数衰减波方波震荡波、交变波指数形脉冲容易产生，但低于最高电压36.8％的电压无杀菌作用，且能使食品的温度升高这两种波的效果都不是很好方波脉冲比指数形脉冲杀菌效果更好，对细菌有致命作用，但需脉冲整形网络，结构复杂，对电路的设计及元器件的要求高，成本也比较高脉冲发生器指数衰减波方波2023/1/175高压脉冲电场的处理系统静态分批式连续式

食品在处理室内受到高压脉冲电场作用时，要避免电火花的产生。一旦产生电火花．电极就会被腐蚀，食品被电解，产生气泡。因此，在设计食品处理室时，应着重解决好以下问题：电极表面要尽可能光滑以减少电子的逸出．采用圆形电极以避免电场集中，为食品提供一个均匀的高压脉冲电场。处理室内装有电极和冷却装置（PEF连续工作，电极温度会升高），同芯电极的连续式处理室，电容小，结构简单，不易放电。规模小、考虑影响因素较少，不适于大规模工业化应用。处理室食品处理装置结构简图2023/1/176高压脉冲电场杀菌机理1.Hamilton和Sale(1967)理论2.Zimmermann(1986)电崩解理论3.Tsong(1991)电穿孔理论4.空穴理论7.电解产物效应6.粘弹极性形成模型5.电磁机制模型2023/1/177高压脉冲电场杀菌机理细胞膜被视为电容，在高压电脉冲作用下，膜两侧电位差进一步变大，由于电荷相反，它们相互吸引形成挤压力，当TMP达到临界崩解电位差时，细胞膜就开始崩解，导致细胞膜穿孔(充满电解质)形成，进而在膜上产生瞬间放电，使膜分解。2.Zimmermann(1986)电崩解理论A．细胞膜电位差为V’m；B．外加电场矿远大于跨膜电位差V’m时，细胞膜受挤压变薄；C．细胞膜上的电位差达到临界崩解电位差硌时，细胞膜崩解并导致穿孔；D．细胞膜大面积崩解。2023/1/179高压脉冲电场杀菌机理由于微生物细胞在高压脉冲电场的作用下细胞膜上的双磷脂层和蛋白质暂时变得不稳定导致的一种现象。在外加电场的作用下其细胞膜压缩并形成小孔，通透性增加，小分子物质如水分子可透过细胞膜进入细胞内，致使细胞体积膨胀，最后导致细胞膜破裂，细胞内容物外漏，使细胞死亡。3.Tsong(1991)电穿孔理论2023/1/1710高压脉冲电场杀菌机理正是由于这种高压脉冲能量直接转换成的冲压式机械能，引起液体食品中微生物细胞内部的强烈振动和细胞膜破裂等现象，从而产生杀菌效应。4.空穴理论放电终了瞬间，气套处形成空穴，由于压力突然减小，液体又以超声速回填空穴，形成第二个超声回填空穴冲击波。放电时，产生强大的脉冲电流高压通路，进而形成气套压力由气套传给液体，形成强大超声液压冲击波空穴空穴2023/1/1711高压脉冲电场杀菌机理此模型认为，一是细菌的细胞膜在杀菌时受到强烈的电场作用而产生剧烈振荡，二是在强烈电场作用下，介质中产生等离子体，并且等离子体发生剧烈膨胀，产生强烈的冲击波，超出细菌细胞膜的可塑性范围而将细菌击碎。6.粘弹极性形成模型7.电解产物效应此理论指出在电极施加电场时，电极附近介质中的电解质电离产生阴离子，这些阴阳离子在强电场作用下极为活跃，穿过在电场作用下通透性提高的细胞膜，与细胞的生命物质如蛋白质、核糖核酸结合而使之变性。2023/1/1713影响高压脉冲电场杀菌效果的因素电场强度脉冲持续时间处理室特性脉冲电场工作参数微生物特性食品特性参数温度脉冲特性微生物的种类生长时间生长条件pH值水的活性成分电导率离子强度2023/1/1714影响高压脉冲电场杀菌效果的因素电场强度温度持续时间脉冲特性处理室电场强度时影响杀菌效果最重要的因素之一，当超过微生物的临界跨膜电压时，微生物死亡率随场强的增加而增加。刚开始的杀菌效果随脉冲时间的延长而明显增强，但达到拐点值后，脉冲时间的增加对杀菌效果基本无影响。随着处理温度上升(在24-60℃范围内)，杀菌效果会有所提高，其提高的程度一般在10倍以内。液体食品适中的温度有利于杀灭微生物。所有波形中，振荡波杀灭微生物的效率最低；方波的效率比指数波的效率高；双极性脉冲波形对大肠杆菌的致死率比单极性波形高。

结构、体积、缝隙、流速和停留时间等因素对杀菌效果均有一定的影响脉冲电场工作参数2023/1/1715影响高压脉冲电场杀菌效果的因素对不同食品成分，不同物质结构的灭菌效果不同。脉冲电场的杀菌效果随介质离子强度的下降而增加。低电导率情况下灭菌率较高。介质pH值下降杀菌效果稍有提高。降低水活性将会导致灭菌率降低。成分电导率pH值水的活性食品特性参数离子强度2023/1/1717在食品中的应用研究高压脉冲电场对牛奶杀菌的研究.高压脉冲电场对桃汁杀菌的研究.高压脉冲电场对石榴汁杀菌的研究.高压脉冲电场对黑莓汁杀菌效果的研究.高压脉冲电场对绿茶饮料杀菌的研究.2023/1/1718在食品中的应用研究高压脉冲电场对牛奶杀菌的研究1.原料乳中微生物残留数与场强大小关系2.微生物残留数与脉冲数大小的关系处理脉冲数6个，整个杀菌过程中，由于脉冲数较少，处理后的牛乳没有温升。室温条件下，电场强度为50kV/cm，脉冲数对电场杀菌效果影响较小，所以可以选用较小的脉冲数。2023/1/1719在食品中的应用研究高压脉冲电场对牛奶杀菌的研究质量分数为2％的含脂乳经PEF处理，无菌包装．4℃保存。它的物理化学性质没有改变．微生物货架期2周。热--巴氏杀菌乳与PEF--巴氏杀菌乳感官评定上没有区别。采用氨基酸分析仪对经电场处理前后牛乳中的游离氨基酸质量分数进行了分析研究．发现牛乳中的总游离氨基酸质量数增多。采用高效液相色谱仪对经电场处理前后牛乳中的维牛素A质量分数进行了测定．发现牛乳中维生素A的质量分数几乎无损失。同样，有研究表明场强在10～100kV／cm．脉冲数在100～1200的条件下．牛乳中pH值、电导率、乳糖质量分数和蛋白质质量分数变化均不显著。仅有VC的质量分数会有相当大程度的减少。2023/1/1721在食品中的应用研究高压脉冲电场对桃汁杀菌的研究.1.电场强度E=40kV/cm，温度为室温(20℃左右)。1.残留菌数与脉冲数的关系2.E=40kV/cm，脉冲频率F=200Hz，处理一次脉冲数C=2。2.残留菌数与样品温度的关系3.脉冲频率f=400Hz，处理一次脉冲数C=4，温度为室温(20℃左右)3.残留菌数与场强的关系最优工艺参数：电场强度、脉冲数、杀菌温度的优水平分别为60kV／cm、6、35℃。2023/1/1722在食品中的应用研究桃汁理化指标抗坏血酸、总算含量均未发生变化，氨基态氮略有降低。电导率测定未发生变化。高压脉冲电场对桃汁非热杀菌，其电场强度和杀菌温度是主要的影响因素，脉冲数对杀菌影响不显著。杀菌后的桃汁保持了原桃汁原有的营养和鲜味，高压脉冲电场非热杀菌不改变桃汁的物理、化学性质。2023/1/1723在食品中的应用研究PEF处理对石榴汁理化性质的影响多酚含量与原样无显著差异类黄酮稍有下降澄清度仅下降1%左右对色泽有所影响，但小于热处理2023/1/1725在食品中的应用研究高压脉冲电场对黑莓汁杀菌效果的研究（1）高压脉冲电场对沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和枯草芽孢杆菌具有明显的杀菌效果。随着电场强度、脉冲宽度和脉冲个数的增加，细菌的残活率显著下降。在电场强度为18.75

kV/cm时，沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和枯草芽孢杆菌的最低残活率分别为-3.238，-3.053，-2.687和-2.432个对数。（2）脉冲电场对新鲜黑莓果汁的理化指标影响不大，基本保持了原有的色泽和风味，VC的损失很小。2023/1/1726在食品中的应用研究高压脉冲电场对绿茶饮料杀菌的研究（1）PEF对绿